Vers une application intégrée de refroidissement à base de coulis d’hydrates de CO2 – COOLHYD

Avec un coût équivalent à 20 % de la consommation électrique mondiale, et des fluides frigorigènes fortement réglementés, l’industrie du froid doit faire face à plusieurs enjeux de développement durable tout en assurant son rôle fondamental pour divers secteurs (alimentaire, climatisation…). L’usage de coulis de matériaux à changement de phase (MCP) en réfrigération secondaire est une solution pour réduire la part des frigorigènes et améliorer les performances énergétiques. Ces suspensions de MCP peuvent en effet stocker et véhiculer de grandes quantités de froid par chaleur latente, un atout pour le dimensionnement et le rendement des installations. Les hydrates de CO2 sont des MCP à fort potentiel : ils possèdent la meilleure chaleur latente parmi tous les MCP en réfrigération et sont stables sur une grande plage de température ; ils peuvent être formés par injection de gaz, évitant les procédés par raclage énergétiquement pénalisant ; enfin ce sont des matériaux verts car constitués d’eau et de CO2. Un système de réfrigération secondaire repose sur 3 étapes principales : génération, transport et utilisation (restitution du froid). Ainsi, les coulis doivent répondre à différentes contraintes liées à ces étapes pour assurer une bonne continuité du procédé. En particulier, le contrôle de la cinétique de cristallisation des hydrates et des conditions d’écoulement des coulis, avec une distribution en taille de cristaux (DTC) adaptée, constitue toujours un verrou majeur. En associant trois laboratoires reconnus internationalement dans des domaines complémentaires, Hydrates/Réfrigération (FRISE), Mécanique des fluides (IMFT) et Génie des procédés (LGPM), et en s’appuyant sur différentes approches expérimentales (système pilote à coulis d’hydrates, rhéologie de suspensions synthétiques cohésives, tubes à flux thermique contrôlé) et de modélisation (bilan massique/thermique, bilan de population, modèles rhéologiques, modèle de simulation dynamique globale), l'objectif global du projet COOLHYD est de proposer une approche fondamentale et systématique pour répondre aux enjeux de cinétique, de rhéologie et de continuité impliquées dans l'application de réfrigération à base de coulis d'hydrate de CO2. On s’intéressera en particulier à : comprendre l'impact des conditions de génération des coulis sur les propriétés critiques pour le procédé (DTC, fraction solide en suspension, régimes d’écoulement) ; développer des modèles reliant ces propriétés critiques aux propriétés rhéologiques (pour le transport des coulis) et thermique (pour leur utilisation) ; optimiser la performance énergétique de l'ensemble du procédé, en fonction de l'architecture du dispositif et des variables de contrôle liées aux conditions de génération, de transport et d’utilisation, afin de fournir des recommandations pour concevoir un système de réfrigération secondaire efficace.